DE102005018175A1 - LED module and LED lighting device with several LED modules - Google Patents
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Abstract
Bei einem LED-Modul (11) mit einem LED-Array aus mehreren LED-Chips (2) und einer Steuereinheit (7) zur Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips (2) ist die Steuereinheit (7) auf einem Träger (4) des LED-Moduls (11) angeordnet und weist ein elektronisches Speichermedium zur Speicherung von Betriebsdaten der LED-Chips (2) auf, wobei eine Regelung des Betriebsstroms in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.In an LED module (11) with an LED array comprising a plurality of LED chips (2) and a control unit (7) for controlling an operating current of the LED chips (2), the control unit (7) is mounted on a carrier (4). of the LED module (11) and has an electronic storage medium for storing operating data of the LED chips (2), wherein a control of the operating current is provided in dependence on the stored operating data.
Description
Die Erfindung betrifft ein LED-Modul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine LED-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren derartigen LED-Modulen.The The invention relates to an LED module according to the preamble of the claim 1 and an LED lighting device with a plurality of such LED modules.
LED-Arrays zeichnen sich durch eine hohe Effizienz, eine hohe Lebensdauer, eine schnelle Ansprechzeit und eine vergleichsweise geringe Empfindlichkeit gegen Stöße und Vibrationen aus. LED-Arrays werden aus diesem Grund immer häufiger in Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt, bei denen bisher oftmals Glühlampen verwendet wurden, insbesondere in Kfz-Scheinwerfern.LED arrays are characterized by a high efficiency, a long service life, a fast response time and a comparatively low sensitivity against shocks and vibrations out. LED arrays are becoming more common for this reason used in lighting devices in which so far often lightbulbs were used, especially in motor vehicle headlamps.
Bei zu Beleuchtungszwecken eingesetzten LED-Modulen, insbesondere bei LED-Modulen für Kfz-Scheinwerfer, soll die emittierte Lichtstärke auch nach einer vergleichsweise langen Betriebsdauer, beispielsweise nach einer Betriebsdauer von mehreren tausend Stunden, nicht wesentlich von der zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme emittierten Lichtstärke abweichen. Die von den LED-Chips eines LED-Moduls emittierte Lichtstärke kann aber möglicherweise aufgrund von Degradationserscheinungen mit zunehmender Betriebsdauer zumindest geringfügig abnehmen.at used for lighting LED modules, in particular at LED modules for vehicle headlights, should the emitted light intensity even after a relatively long period of operation, for example after a service life of several thousand hours, not essential deviate from the light intensity emitted at the time of commissioning. The light intensity emitted by the LED chips of an LED module can but possibly due of degradation phenomena with increasing service life, at least slight lose weight.
Ein derartiger Degradationseffekt kann sich insbesondere dann störend auswirken, wenn in einer LED-Beleuchtungseinheit, die eine Mehrzahl von LED-Modulen umfasst, nach einer vergleichsweise langen Betriebsdauer ein einzelnes LED-Modul, beispielsweise aufgrund eines Defekts, ausgetauscht werden muss. Zum einen kann es dabei vorkommen, dass die Lichtstärke des Ersatzmoduls von der Lichtstärke der übrigen Module abweicht, insbesondere wenn es im Gegensatz zu den übrigen LED-Modulen noch keine alterungsbedingte Verminderung der Lichtstärke aufweist.One Such degradation effect can be particularly disturbing, then if in an LED lighting unit, which has a plurality of LED modules includes, after a comparatively long period of operation, a single LED module, for example, due to a defect to be replaced got to. On the one hand, it may happen that the light intensity of the Replacement module of the light intensity the rest Modules deviates, especially if it is still unlike the other LED modules has no age-related reduction in light intensity.
Zwar wird die technische Funktion der LED-Beleuchtungseinrichtung durch geringfügige Unterschiede der Lichtstärke der einzelnen LED-Module in der Regel nicht wesentlich beeinträchtigt, allerdings können oftmals bereits geringfügige Unterschiede von einem Betrachter wahrgenommen und eventuell als störend empfunden werden. Zudem sind beispielsweise im Straßenverkehr die Lichtstärke betreffende gesetzliche Vorschriften einzuhalten.Though The technical function of the LED lighting device is due to slight differences the light intensity the individual LED modules are generally not significantly affected, however, you can often already minor Differences perceived by a viewer and possibly as disturbing be felt. In addition, for example, in traffic the light intensity comply with applicable statutory provisions.
Zur Vermeidung unterschiedlicher Helligkeiten gleichartiger LED-Module, die durch Fertigungstoleranzen bedingt sind, werden LED-Module in der Regel in Helligkeitsgruppen ausgeliefert. Die Helligkeit der einzelnen LED-Module wird also nach der Fertigung gemessen und jedes LED-Modul einer seiner Helligkeit entsprechenden Helligkeitsgruppe zugeordnet. Bei der Endmontage einer LED-Beleuchtungseinrichtung, die mehrere LED-Module umfasst, werden vorteilhaft ausschließlich LED-Module aus der gleichen Helligkeitsgruppe verwendet. Bei einem Austausch eines der LED-Module ist es allerdings aufwendig, die Helligkeitsgruppierung des auszutauschenden Moduls festzustellen und das LED-Modul durch ein LED-Modul der gleichen Helligkeitsgruppe zu ersetzen.to Avoidance of different brightnesses of similar LED modules by Manufacturing tolerances are conditional, LED modules are usually in brightness groups delivered. The brightness of the individual LED modules will be so measured after manufacture and each LED module one of its brightness assigned to the corresponding brightness group. In the final assembly an LED lighting device that includes multiple LED modules advantageous exclusively LED modules from the same brightness group used. In an exchange However, one of the LED modules, it is costly, the brightness grouping of the module to be replaced and the LED module through replace an LED module of the same brightness group.
Um
insbesondere einer Verminderung der Helligkeit eines LED-Moduls aufgrund von
Alterungserscheinungen der LED-Chips entgegenzuwirken, ist aus der
Druckschrift
Bei einigen Anwendungen von LED-Modulen ist die Realisierung einer derartigen Regelschaltung aber mit einem vergleichsweise hohen technischen Aufwand verbunden. Häufig ist für den Betrieb des LED-Moduls auch kein separates Netzgerät vorgesehen, an das eine Rückkopplung eines Messsignals, beispielsweise der emittierten Helligkeit, zur Regelung der Stromversorgung erfolgen könnte. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn ein in einem Kfz-Scheinwerfer enthaltenes LED-Modul von einer Kraftfahrzeugbatterie mit elektrischer Spannung versorgt wird.at Some applications of LED modules is the realization of such Control circuit but with a relatively high technical complexity connected. Often is for the operation of the LED module also no separate power supply provided to the one feedback a measurement signal, for example the emitted brightness, for Control of the power supply could be done. This is for example the case when a contained in a motor vehicle headlight LED module is supplied by a motor vehicle battery with electrical voltage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes LED-Modul anzugeben, das sich insbesondere durch eine hohe Langzeitstabilität der emittierten Lichtstärke und eine Vorkehrung, durch die der Austausch des LED-Moduls durch ein gleichartiges LED-Modul vereinfacht wird, auszeichnet.Of the Invention is based on the object of specifying an improved LED module, which is characterized in particular by a high long-term stability of the emitted luminous intensity and a precaution by which the replacement of the LED module by a similar LED module is simplified, distinguished.
Diese Aufgabe wird durch ein LED-Modul nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des LED-Moduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is solved by an LED module according to claim 1. advantageous Embodiments and developments of the LED module are the subject the dependent Claims.
Bei einem LED-Modul mit einem LED-Array aus mehreren LED-Chips und einer Steuereinheit zur Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips ist gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung die Steuereinheit auf einem Träger des LED-Moduls angeordnet und umfasst ein elektronisches Speichermedium zur Speicherung von Betriebsdaten der LED-Chips, wobei eine Regelung des Betriebsstroms in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.at a LED module with a LED array of multiple LED chips and one Control unit for controlling an operating current of the LED chips is according to at least an embodiment the invention, the control unit arranged on a support of the LED module and comprises an electronic storage medium for storage of Operating data of the LED chips, with a control of the operating current dependent on is provided by the stored operating data.
Vorteilhaft weist die Steuereinheit, beispielsweise ein Microcontroller, ein Mittel zur Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips auf, wobei die Betriebsdauer in dem elektronischen Speichermedium gespeichert wird. Die Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips des LED-Arrays durch die Steuereinheit ermöglicht es insbesondere, die Betriebsparameter des LED-Moduls an die Alterungseigenschaften der LED-Chips anzupassen.Advantageously, the control unit, for example a microcontroller, a means for detecting the operating life of the LED chips, wherein the operating time is stored in the electronic storage medium. The detection of the operating time of the LED chips of the LED array by the control unit makes it possible in particular to adapt the operating parameters of the LED module to the aging properties of the LED chips.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Betriebsstrom der LED-Chips mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der Betriebsdauer geregelt. Insbesondere ist vorgesehen, den Betriebsstrom der LED-Chips mit zunehmender Betriebsdauer zu erhöhen. Auf diese Weise wird eine Abnahme der Helligkeit der von den LED-Chips emittierten Strahlung mit zunehmender Betriebsdauer aufgrund von Degradationserscheinungen der LED-Chips entgegengewirkt.at a preferred embodiment The invention relates to the operating current of the LED chips by means of the control unit dependent on governed by the operating time. In particular, it is provided that Increase operating current of the LED chips with increasing operating time. On This way will decrease the brightness of the LED chips emitted radiation with increasing operating time due to Degradation phenomena of the LED chips counteracted.
Die Erhöhung des Betriebsstroms erfolgt bevorzugt derart, dass eine vorgegebene Mindesthelligkeit nicht unterschritten wird. Besonders bevorzugt erfolgt die Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips derart, dass die Helligkeit der emittierten Strahlung zumindest annähernd konstant ist. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass Unterschiede in der Helligkeit von ansonsten gleichartigen LED-Modulen, die sich durch die Betriebsdauer der LED-Chips voneinander unterscheiden, nicht wahrnehmbar sind.The increase the operating current is preferably such that a predetermined Minimum brightness is not fallen below. Particularly preferred the regulation of the operating current of the LED chips such that the brightness the emitted radiation is at least approximately constant. This will be Advantageously, that achieves differences in brightness from otherwise similar LED modules, characterized by the operating life of the LED chips differ from each other, are imperceptible.
Die Erhöhung des Betriebsstroms der LED-Chips erfolgt vorzugsweise zu in der Steuereinheit gespeicherten voreingestellten Zeitpunkten. Beispielsweise kann die Erhöhung des Betriebsstroms nach vorher festgelegten Zeitintervallen der Betriebsdauer erfolgen. Die Zeitintervalle, nach denen die Betriebsstromstärke erhöht wird, müssen nicht notwendigerweise gleich lang sein. Weiterhin muss auch die Stromstärke nicht notwendigerweise nach den vorgegebenen Zeitintervallen jeweils um den gleichen Betrag erhöht werden. Vielmehr erfolgt die Festlegung der Zeitintervalle, nach denen jeweils eine Erhöhung der Stromstärke erfolgt, und die Festlegung des Betrags der jeweiligen Erhöhung der Stromstärke vorteilhaft nach Erfahrungswerten zum Degradationsverhalten der LED-Chips.The increase the operating current of the LED chips is preferably carried out in the Control unit stored preset times. For example can the increase the operating current after predetermined time intervals of the Operating time. The time intervals after which the operating current is increased, have to not necessarily the same length. Furthermore, the current does not have to necessarily after the given time intervals in each case increased the same amount become. Rather, the determination of the time intervals, after each of which increases the amperage and the determination of the amount of the respective increase in the amperage advantageous according to empirical data on the degradation behavior of LED chips.
Die in dem elektronischen Speichermedium gespeicherten Betriebsdaten können beispielsweise von der Steuereinheit weiterverarbeitet werden, um den Betriebsstrom in Abhängigkeit von den bisherigen Betriebsdaten zu regeln. Insbesondere können die gespeicherten Betriebsdaten von der Steuereinheit zur Festlegung der Zeitintervalle, nach denen die Betriebsstromstärke zum Ausgleich von Degradationserscheinungen erhöht werden soll, oder der Beträge der jeweiligen Erhöhung der Stromstärke verwendet werden. Neben der Betriebsdauer können auch weitere Betriebsparameter in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert und für derartige Berechnungen herangezogen werden. Insbesondere kann bei LED-Modulen, bei denen ein Betrieb der LED-Chips des LED-Arrays in mehreren Betriebsarten mit verschiedenen Betriebsstromstärken vorgesehen ist, auch eine Speicherung der Betriebszeiten in den einzelnen Betriebsarten erfolgen. Beispielsweise kann bei einem LED-Modul, das in einem Kfz-Frontscheinwerfer verwendet wird, ein Betrieb der LED-Chips mit verschiedenen Stromstärken in den Betriebsarten Standlicht, Abblendlicht oder Fernlicht vorgesehen sein.The Operating data stored in the electronic storage medium can for example, be further processed by the control unit to the Operating current depending from the previous operating data. In particular, the stored operating data from the control unit for fixing the time intervals according to which the operating current for Compensating degradation phenomena should be increased, or the amounts of the respective increase the current strength be used. In addition to the operating time can also other operating parameters stored in the memory of the control unit and for such Calculations are used. In particular, with LED modules, where an operation of the LED chips of the LED array in multiple modes is provided with different operating currents, including a Storage of operating times in the individual operating modes done. For example, in the case of an LED module that is in a car headlight is used, an operation of the LED chips with different currents in the Operating modes parking light, low beam or high beam provided be.
Weiterhin ist mit Vorteil in dem elektronischen Speichermedium der Steuereinheit eine Helligkeitsgruppierung der LED-Chips gespeichert. Unter einer Helligkeitsgruppierung wird dabei eine Angabe über die Helligkeit bei einer Referenzstromstärke verstanden. Die Stromstärke, die zum Erzielen einer bestimmten Helligkeit erforderlich ist, kann auch bei ansonsten gleichartigen Chips zumindest geringfügig variieren. Aus diesem Grund werden LEDs üblicherweise in sogenannten Helligkeitsgruppierungen an Kunden ausgeliefert, um Unterschiede in der Helligkeit bei nebeneinander angeordneten LEDs beim Betrieb mit gleicher Stromstärke zu vermeiden.Farther is advantageous in the electronic storage medium of the control unit stored a brightness grouping of the LED chips. Under one Brightness grouping is an indication of the brightness at a Reference current Understood. The amperage, which is required to achieve a certain brightness can even with otherwise similar chips vary at least slightly. Because of this, LEDs usually become delivered to customers in so-called brightness groupings, around differences in brightness when juxtaposed LEDs to avoid when operating with the same current.
Die Speicherung der Helligkeitsgruppierung in dem elektronischen Speichermedium der Steuereinheit des LED-Moduls hat den Vorteil, dass der Betriebsstrom der LED-Chips anhand dieser Information automatisch auf den für eine vorgesehene Helligkeit erforderlichen Wert geregelt werden kann. Das LED-Modul kann also vorteilhaft ohne Rücksicht auf die Helligkeitsgruppierung neben anderen gleichartigen LED-Modulen verwendet werden, ohne dass dabei Unterschiede in der Helligkeit auftreten.The Storage of the brightness grouping in the electronic storage medium the control unit of the LED module has the advantage that the operating current the LED chips based on this information automatically on the intended for a Brightness required value can be regulated. The LED module So can be beneficial without consideration on the brightness grouping next to other similar LED modules can be used without causing differences in brightness occur.
Das LED-Modul weist vorzugsweise eine Schnittstelle zum Auslesen der gespeicherten Betriebsdaten und/oder zur Programmierung der Steuereinheit auf. Bei der Schnittstelle handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine serielle Schnittstelle. Insbesondere kann mittels der Schnittstelle bei einem Austausch eines LED-Moduls in einer Beleuchtungseinrichtung, die mehrere gleichartige LED-Module umfasst, die Betriebsdauer des auszutauschenden LED-Moduls ausgelesen werden und somit bei dem LED-Modul, welches das auszutauschende LED-Modul ersetzen soll, der Betriebsstrom zur Anpassung der Helligkeit an die übrigen LED-Module eingestellt werden.The LED module preferably has an interface for reading the stored operating data and / or for programming the control unit on. The interface is a preferred one embodiment the invention to a serial interface. In particular, by means of the interface when replacing an LED module in one Lighting device comprising a plurality of similar LED modules, the operating time of the LED module to be replaced is read out and thus at the LED module, which is the LED module to be replaced replace, the operating current to adjust the brightness the remaining LED modules are set.
Bei dem Träger des LED-Moduls handelt es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte, beispielsweise um eine Metallkernplatine. Die Breite des Trägers beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform 12 mm oder weniger. Vorteilhaft fungiert der Träger als Wärmesenke für die von den LED-Chips erzeugte Wärme. Der Träger enthält vorzugsweise mindestens eine elektrische Anschlussstelle, mittels derer insbesondere die Steuervorrichtung elektrisch kontaktiert werden kann. Als Anschlussstelle ist zum Beispiel ein Stecker vorgesehen. Die elektrische Verbindung der auf dem Träger angeordneten Elemente des LED-Moduls, insbesondere der Steuereinheit mit den LED-Chips, erfolgt vorzugsweise über Leiterbahnen auf dem Trägerkörper.The support of the LED module is preferably a circuit board, for example a metal core board. The width of the carrier is 12 mm or less in a preferred embodiment. Advantageously, the carrier acts as a heat sink for the heat generated by the LED chips. The carrier preferably contains at least an electrical connection point, by means of which in particular the control device can be electrically contacted. As a connection point, for example, a plug is provided. The electrical connection of the arranged on the carrier elements of the LED module, in particular the control unit with the LED chips, preferably via conductor tracks on the carrier body.
Die Stromversorgung des LED-Moduls kann sowohl mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das LED-Modul mit einer Versorgungsspannung zwischen einschließlich 8 V und einschließlich 24 V betrieben. Insbesondere kann es sich bei der Versorgungsspannung um die Spannung einer Kraftfahrzeug-Batterie handeln, die beispielsweise etwa 12 V beträgt.The Power supply of the LED module can be both DC voltage as also with AC voltage. In a preferred embodiment is the LED module with a supply voltage between 8 inclusive V and inclusive 24 V operated. In particular, it may be at the supply voltage to act on the voltage of a motor vehicle battery, for example is about 12V.
Vorzugsweise ist auf dem Träger des LED-Moduls ein Mittel zur Transformierung der Versorgungsspannung auf die zum Betrieb des LED-Arrays vorgesehene Betriebsspannung enthalten. Die Betriebsspannung des LED-Arrays hängt insbesondere von der Anzahl der verwendeten LED-Chips, die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind, ab, und beträgt beispielsweise 18,5 V oder weniger.Preferably is on the carrier of the LED module means for transforming the supply voltage to the intended operation of the LED array operating voltage contain. The operating voltage of the LED array depends in particular on the number the LED chips used, preferably connected in series are, from, and amounts to for example, 18.5V or less.
Die Transformierung der Versorgungsspannung auf die Betriebsspannung erfolgt beispielsweise mit einem Hochsetzsteller, der auf dem Träger des LED-Moduls angeordnet ist. Die Transformierung der Versorgungsspannung auf die Betriebsspannung des LED-Arrays durch ein auf dem Träger angeordnetes Element hat insbesondere den Vorteil, dass das LED-Modul ohne weitere Vorkehrungen direkt an die Versorgungsspannung, beispielsweise eine Batteriespannung in einem Kraftfahrzeug, angeschlossen werden kann.The Transformation of the supply voltage to the operating voltage takes place for example with a boost converter, which on the support of the LED module is arranged. The transformation of the supply voltage the operating voltage of the LED array by an arranged on the support element has the particular advantage that the LED module without further measures directly to the supply voltage, for example a battery voltage in a motor vehicle, can be connected.
Die LED-Chips des LED-Arrays sind vorzugsweise auf einen Chipträger montiert, der auf dem Träger befestigt ist. Der Träger und der Chipträger sind dabei vorzugsweise miteinander verklebt. Der Chipträger ist beispielsweise aus einer Keramik, vorzugsweise AlN, gefertigt. Vorteilhaft ist der Chipträger eine Wärmesenke für die von den LED-Chips emittierte Wärme.The LED chips of the LED array are preferably mounted on a chip carrier, the one on the carrier is attached. The carrier and the chip carrier are preferably glued together. The chip carrier is for example, made of a ceramic, preferably AlN. Advantageous is the chip carrier a heat sink for the Heat emitted by the LED chips.
Die LED-Chips enthalten vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere InxAlyGa1-x-yN, InxAlyGa1-x-yP oder InxAlyGa1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.The LED chips preferably contain a III-V compound semiconductor material, in particular In x Al y Ga 1-xy N, In x Al y Ga 1-xy P or In x Al y Ga 1-xy As, each with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≦ 1. In this case, the III-V compound semiconductor material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the above formulas. Rather, it may have one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material. For the sake of simplicity, however, the above formulas contain only the essential constituents of the crystal lattice, even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Besonders bevorzugt sind die LED-Chips sogenannte Dünnfilm-Leuchtdiodenchips, bei denen eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge zunächst epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wurde, anschließend ein neuer Träger auf die dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und nachfolgend das Aufwachssubstrat abgetrennt wurde. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Aufwachssubstrat wiederverwendet werden kann.Especially Preferably, the LED chips are so-called thin-film LED chips, in which a functional Semiconductor layer sequence first epitaxially was grown on a growth substrate, then a new carrier on the surface opposite the growth substrate Semiconductor layer sequence applied and subsequently the growth substrate was separated. This has the particular advantage that the growth substrate can be reused.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.One Basic principle of a thin-film LED chip For example, see I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174-2176, the disclosure of which is insofar hereby by reference is recorded.
Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.One Thin-film LED chip is in good approximation a Lambertian Surface radiators and is therefore particularly suitable for use in a headlight.
Eine bevorzugte Ausführungsform des LED-Moduls enthält einen Temperatursensor, und es ist eine Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips in Abhängigkeit von einer von dem Temperatursensor erfassten Temperatur vorgesehen. Dazu ist der Temperatursensor mit der Steuereinheit verbunden, beispielsweise durch Leiterbahnen auf dem Träger. Durch die temperaturabhängige Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips des LED-Arrays kann eine Beeinträchtigung der Funktion oder sogar ein Ausfall der LED-Chips durch thermische Überlastung vermieden werden. Insbesondere kann die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur von der Steuereinheit ausgewertet werden, und der Betriebsstrom der LED-Chips vermindert werden, sobald die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur einen kritischen Wert erreicht. Auf diese Weise können die LED-Chips vorteilhaft über lange Betriebszeiten im Grenzbereich ihrer thermischen Belastbarkeit betrieben werden.A preferred embodiment of the LED module contains a temperature sensor, and it is a control of an operating current of the LED chips dependent on provided by a temperature detected by the temperature sensor. To the temperature sensor is connected to the control unit, for example through tracks on the carrier. By the temperature-dependent Control of the operating current of the LED chips of the LED array can be a impairment the function or even a failure of the LED chips due to thermal overload be avoided. In particular, that of the temperature sensor detected temperature can be evaluated by the control unit, and the operating current of the LED chips are reduced as soon as the of temperature detected by the temperature sensor reaches a critical value. That way you can the LED chips advantageous over long operating times in the limit of their thermal capacity operate.
Die Temperaturüberwachung mittels des Temperatursensors ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das LED-Array eine Vielzahl von LED-Chips enthält, da mit der Anzahl der LED-Chips auch die Wärmeentwicklung steigt.The temperature monitoring by means of the temperature sensor is particularly advantageous if The LED array contains a variety of LED chips, as with the number of LED chips also the heat development increases.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das LED-Array mindestens vier LED-Chips. Beispielsweise kann das LED-Array sechs LED-Chips aufweisen.at a preferred embodiment of the invention the LED array has at least four LED chips. For example, that can LED array have six LED chips.
Bei dem Temperatursensor handelt es sich beispielsweise um einen NTC- oder PTC-Widerstand, ein Halbleiterbauelement oder ein Thermoelement. Wenn die LED-Chips des LED-Arrays auf einen Chipträger montiert sind, ist der Temperatursensor bevorzugt auf dem Chipträger befestigt. Alternativ kann der Temperatursensor auch auf dem Träger angeordnet sein. Die Befestigung des Temperatursensors auf dem Chipträger oder auf dem Träger erfolgt vorzugsweise durch Löten oder Kleben.The temperature sensor is for example, an NTC or PTC resistor, a semiconductor device or a thermocouple. When the LED chips of the LED array are mounted on a chip carrier, the temperature sensor is preferably mounted on the chip carrier. Alternatively, the temperature sensor can also be arranged on the carrier. The attachment of the temperature sensor on the chip carrier or on the carrier is preferably carried out by soldering or gluing.
Um eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur und der Temperatur der strahlungsemittierenden aktiven Schichten der LED-Chips zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor einen möglichst geringen Abstand zu mindestens einem der LED-Chips aufweist. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Temperatursensor und mindestens einem LED-Chip des LED-Arrays 5 mm oder weniger, besonders bevorzugt 3 mm oder weniger.Around one possible good agreement between the temperature detected by the temperature sensor and the temperature to reach the radiation-emitting active layers of the LED chips, it is advantageous if the temperature sensor as possible has a small distance to at least one of the LED chips. Prefers is the distance between the temperature sensor and at least one LED chip of the LED array 5 mm or less, more preferably 3 mm or fewer.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das LED-Modul einen Lichtdetektor, beispielsweise eine Photodiode. Vorteilhaft ist eine Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von einer von dem Lichtdetektor gemessenen Lichtstärke vorgesehen. Dazu ist der Lichtdetektor vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden, beispielsweise über Leiterbahnen auf dem Träger.at a further preferred embodiment contains the LED module one Light detector, such as a photodiode. An advantage is one Control of the operating current of the LED chips by the control unit dependent on provided by a light intensity measured by the light detector. For this purpose, the light detector is preferably connected to the control unit, for example about Tracks on the carrier.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtdetektor derart angeordnet, dass er zumindest einen Teil der von den LED-Chips emittierten Strahlung, beispielsweise Streustrahlung empfängt. In diesem Fall kann das Signal des Lichtdetektors von der Steuereinheit derart ausgewertet werden, dass durch einen Soll-/Istwertvergleich die von den LED-Chips emittierte Helligkeit auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.at a preferred embodiment the light detector is arranged such that it has at least one Part of the LED chips emitted radiation, such as scattered radiation receives. In In this case, the signal of the light detector from the control unit be evaluated such that by a reference / actual value comparison the brightness emitted by the LED chips to a predetermined Value is regulated.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Lichtdetektor dazu geeignet, die Umgebungshelligkeit zu detektieren. Der Lichtdetektor ist dazu vorzugsweise derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass er vor allem Licht von außerhalb des LED-Moduls detektiert. In diesem Fall trifft vorteilhaft zumindest nur ein geringer Teil der von den LED-Chips des LED-Moduls emittierten Strahlung auf den Lichtdetektor. Ein von der Umgebungslichtstärke abhängiges Signal, das von dem Lichtdetektor an die Steuereinheit geliefert wird, kann von der Steuereinheit insbesondere dazu verwendet werden, den Betriebsstrom der LED-Chips derart zu regeln, dass die von dem LED-Modul emittierte Lichtstärke an die Umgebungslichtverhältnisse angepasst ist.at a further embodiment the light detector is suitable to the ambient brightness detect. The light detector is preferably arranged in such a way and / or aligned that he especially light from outside of the LED module detected. In this case, advantageously at least only a small part is true the radiation emitted by the LED chips of the LED module on the Light detector. A dependent on the ambient light level signal from the Light detector is supplied to the control unit, can by the control unit especially used to the operating current of the LED chips to regulate such that the emitted light from the LED module to the Ambient light conditions is adjusted.
Vorteilhaft kann das Signal des Lichtdetektors von der Steuereinheit auch zur Bewirkung eines automatischen Ein- oder Ausschaltvorgangs ausgewertet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise bei einem in einem Kfz-Scheinwerfer verwendeten LED-Modul bei verringerter Umgebungshelligkeit, zum Beispiel bei Einfahrt in einen Tunnel oder bei einsetzender Dämmerung, ein automatischer Einschaltvorgang bewirkt werden.Advantageous the signal of the light detector from the control unit can also for Effect of an automatic on or off operation evaluated become. For example, this can be done in a car headlight used LED module at reduced ambient brightness, for example at the entrance into a tunnel or at dusk, an automatic Switching be effected.
Den LED-Chips des LED-Arrays ist in ihrer Abstrahlrichtung bevorzugt mindestens ein strahlformendes optisches Element nachgeordnet. Vorteilhaft wird die Divergenz der von den LED-Chips emittierten Strahlung durch das strahlformende optische Element vermindert.The LED chips of the LED array is preferred in their emission direction arranged downstream of at least one beam-shaping optical element. Becomes advantageous the divergence of the LED chips emitted radiation through the beam-shaping optical element reduced.
Das strahlformende optische Element ist vorzugsweise ein Hohlkörper mit einer den LED-Chips zugewandten Lichteintrittsöffnung und einer der Lichteintrittsöffnung gegenüberliegenden Lichtaustrittsöffnung, wobei zumindest ein Teil der von dem oder den LED-Chip/s emittierten Strahlung an einer Wandung des Hohlkörpers zur Lichtaustrittsöffnung hin reflektiert wird.The Beam-forming optical element is preferably a hollow body with one of the LED chips facing the light inlet opening and one of the light inlet opening opposite Light opening, wherein at least a portion of the emitted from the one or more LED chip / s Radiation on a wall of the hollow body to the light exit opening is reflected.
Eine vorteilhafte Ausführung des strahlformenden optischen Elements besteht darin, dass sich der Querschnitt des Hohlkörpers von der Lichteintrittsöffnung zu der gegenüberliegenden Lichtaustrittsöffnung hin vergrößert. Weiterhin kann der Hohlkörper eine Symmetrieachse aufweisen, die parallel zu einer Hauptstrahlrichtung der LED-Chips ist.A advantageous embodiment of the beam-shaping optical element is that the Cross section of the hollow body from the light entrance opening to the opposite Light opening enlarged. Farther can the hollow body have an axis of symmetry parallel to a main beam direction the LED chips is.
Das strahlformende optische Element kann zum Beispiel ein mit einem Vergussmaterial gefüllter Hohlkörper sein. Bei dem Vergussmaterial handelt es sich bevorzugt um ein UV-stabiles Material, wie beispielsweise Silikon.The For example, a beam-shaping optical element may be one having a Be pouring material filled hollow body. The potting material is preferably a UV-stable Material, such as silicone.
Eine Wandung des Hohlkörpers weist bevorzugt eine Krümmung auf, um eine gewünschte optische Funktionalität zu realisieren. Insbesondere kann die Wandung des Hohlkörpers asphärisch, beispielsweise parabolisch, elliptisch oder hyperbolisch, gekrümmt sein.A Wall of the hollow body preferably has a curvature on to a desired one optical functionality to realize. In particular, the wall of the hollow body aspherical, for example parabolic, elliptical or hyperbolic, curved.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das strahlformende optische Element als ein CPC-, CEC- oder CHC-artiger optischer Konzentrator ausgebildet, womit hierbei sowie im folgenden ein Konzentrator gemeint ist, dessen reflektierende Seitenflächen zumindest teilweise und/oder zumindest weitestgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators (Compound Parabolic Concentrator, CPC), eines zusammengesetzten elliptischen Konzentrators (Compound Elliptic Concentrator, CEC) oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (Compound Hyperbolic Concentrator, CHC) aufweisen. Dabei ist die den LED-Chips zugewandte Oberfläche des Abdeckkörpers der eigentliche Konzentratorausgang, so dass Strahlung, verglichen mit der üblichen Anwendung eines Konzentrators zum Fokussieren, in umgekehrter Richtung durch diesen läuft und somit nicht konzentriert wird, sondern den Abdeckkörper mit verringerter Divergenz durch die gegenüberliegende Oberfläche verlässt.In a further preferred embodiment, the beam-shaping optical element is designed as a CPC, CEC or CHC-type optical concentrator, which here and hereinafter means a concentrator whose reflective side surfaces at least partially and / or at least largely the shape of a compound parabolic Compound Parabolic Concentrator (CPC), Compound Elliptic Concentrator (CEC) or Compound Hyperbolic Concentrator (CHC). In this case, the surface of the cover body facing the LED chips is the actual concentrator output, so that radiation, compared to the usual Application of a concentrator for focusing, in the reverse direction through this runs and thus not concentrated, but leaves the cover body with reduced divergence by the opposite surface.
Eine LED-Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung umfasst mehrere der zuvor beschriebenen LED-Module. Ein LED-Modul gemäß der Erfindung kann insbesondere ein Teil eines Kfz-Scheinwerfers sein, wobei der Kfz-Scheinwerfer vorteilhaft mehrere derartige LED-Module enthält.A LED lighting device according to the invention includes several of the previously described LED modules. An LED module according to the invention may be in particular a part of a motor vehicle headlamp, wherein the Automotive headlamp advantageously contains several such LED modules.
Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang
mit den
Es zeigen:It demonstrate:
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are in the figures with the same Provided with reference numerals.
Das
in den
Die
LED-Chips
Der
Chipträger
Das
LED-Modul
Auf
dem Träger
Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Steuereinheit
Die
Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips
Die
Helligkeit der von dem LED-Modul
Die
Zeitpunkte, zu denen die Betriebsstromstärke der LED-Chips
Anstelle
einer derartigen stufenweisen Erhöhung der Betriebsstromstärke kann
alternativ auch eine kontinuierliche Erhöhung der Betriebsstromstärke in Abhängigkeit
von der Betriebsdauer der LED-Chips
Weiterhin
ist mit Vorteil in dem elektronischen Speichermedium
Zum
Auslesen der gespeicherten Betriebsdaten weist die Steuereinheit
Als
externer Anschluss, beispielsweise für die serielle Schnittstelle
oder die Stromversorgung der Steuereinheit
Je
nach Verwendungszweck des LED-Moduls
Weiterhin
ist auf den Träger
Weiterhin
enthält
das LED-Modul
Alternativ
könnte
der Lichtdetektor
Zur
Strahlformung der von den LED-Chips
Der nicht abbildende optische Konzentrator ist bevorzugt ein CPC-, CEC- oder CHC-artiger optischer Konzentrator, dessen reflektierende Seitenwände zumindest teilweise und/oder zumindest weitestgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators (compound parabolic concentrator, CPC), eines zusammengesetzten elliptischen Konzentrators (compound elliptic concentrator, CEC) und/oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (compound hyperbolic concentrator, CHC) aufweisen.Of the non-imaging optical concentrator is preferably a CPC, CEC or CHC-type optical concentrator whose reflective sidewalls at least partially and / or at least largely in the form of a compound parabolic concentrator (compound parabolic concentrator, CPC), of a composite elliptical concentrator (compound elliptic concentrator, CEC) and / or a compound hyperbolic Concentrator (compound hyperbolic concentrator, CHC) have.
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist. Beispielsweise können
auf dem Träger
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |